一种储能复合材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种储能复合材料的制备方法，通过使用海因环氧树脂包覆修饰陶瓷材料，然后与偏氟乙烯树脂或偏氟乙烯共聚物树脂基体复合，得到储能复合材料；本发明的制备方法简单，获得了在低电场下具有高储能密度的复合材料，且克服了无机陶瓷和有机高分子材料相容性不好和混合不均匀的问题。
【专利说明】一种储能复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种复合材料的制备方法，特别是涉及一种制备在低电场下具有高储 能密度的纳米复合材料的新方法。
【背景技术】
[0002] 高储能材料在电子工业领域应用前景越来越广泛，人们相应开发了各种不同的储 能技术，包括锂电池、燃料电池、电容器和超级电容器等，其中电容器因其具有高的能量密 度和快捷的充电-放电速度而备受关注，电容器的能量密度是由介电材料体系所决定，高 介电常数、1?击穿电场和低损耗的材料体系是制备1?储能电容器的关键。
[0003] -般的陶瓷，如钛酸钡、钛酸锶钡、锆钛酸铅、铌镁锆钛酸铅等具有高的介电常数， 例如钛酸钡在IKHz下介电常数可高达1700,然而陶瓷材料具有易脆，加工性能差等缺点 大大限制了其应用；高分子材料具有好的加工性能、高的击穿电场、低损耗并且价格低廉， 是材料体系中优选的对象，但是一般的高分子材料介电常数很低，通常在2-10之间。那么 通常的一种思路就是结合陶瓷材料和高分子材料的优势，制备高分子-陶瓷复合材料，但 是无机陶瓷材料与高粘度的有机高分子材料复合时，经常会不可避免的出现二者相容性不 好，混合不均匀等问题，因此，亟需通过制备高储能电容材料来解决这些问题。
[0004] 目前报道的不同的化学修饰方法修饰陶瓷粉末制备的高储能复合材料，大都有高 的击穿电场，一般大于200kV/mm，甚至达到500?800kV/mm，而这么高的电场在实际应用中 是很难达到的，并且非常危险。根据能量密度的计算公式E= eEb2/2, ε为材料的介电常 数，Eb为材料的击穿电场，可以看出能量密度的提高大部分来自击穿电场提高的贡献，在低 电场下获得的储能密度太低，不能达到现实的需要。那么如何在低电场条件下获得高能量 密度具有更深的意义。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种制备方法简单、在低电场下具有高储能密度的复合材 料的制备方法；且克服了无机陶瓷和有机高分子材料相容性不好和混合不均匀的问题。
[0006] 本发明的技术方案为：
[0007] -种复合材料的制备方法，使用海因环氧树脂包覆修饰陶瓷材料，然后与偏氟乙 烯树脂或偏氟乙烯共聚物树脂基体复合，得到储能复合材料；所述的陶瓷材料为具有钙钛 矿结构的铁电体或反铁电体陶瓷。
[0008] 海因环氧树脂与陶瓷材料的质量比为1:50?1:3。
[0009] 海因环氧树脂与陶瓷材料的质量比优选为1:20?1:3。
[0010] 海因环氧树脂修饰陶瓷材料粉末在所述的复合材料中体积分数为不高于70%。
[0011] 海因环氧树脂修饰陶瓷材料在所述的复合材料中的体积分数优选为5%?65%， 进一步优选为40-55%。
[0012] 所述的陶瓷材料为钛酸钡、钛酸锶钡、锆钛酸铅、铌镁锆钛酸铅、二氧化钛中的一 种或几种。
[0013] 所述海因环氧树脂修饰陶瓷材料的过程为：向5-25质量％的海因环氧树脂水溶 液中加入粒径为20nm?3um的陶瓷材料，搅拌，超声分散，加入固化剂固化。
[0014] 海因环氧树脂的化学式如下，
[0015]
【权利要求】
1. 一种储能复合材料的制备方法，其特征在于，使用海因环氧树脂包覆修饰陶瓷材料， 然后与偏氟乙烯树脂或偏氟乙烯共聚物树脂基体复合，得到储能复合材料；所述的陶瓷材 料为具有钙钛矿结构的铁电体或反铁电体陶瓷。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，海因环氧树脂与陶瓷粉末的质量比 为 1:50 ?1:3。
3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，海因环氧树脂与陶瓷材料的质量比 为 1:20 ?1:3。
4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，海因环氧树脂修饰后的陶瓷材料在 所述的储能复合材料中体积分数为不高于70%。
5. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，海因环氧树脂修饰后的陶瓷材料在 所述的储能复合材料中的体积分数为5%?65%。
6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的陶瓷材料是钛酸钡、钛酸锶 钡、锆钛酸铅、铌镁锆钛酸铅或二氧化钛中的一种或几种。
7. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，海因环氧树脂修饰陶瓷材料的过程 为，向5-25质量％的海因环氧树脂水溶液中加入粒径为20nm?3um的陶瓷粉末，搅拌，超 声分散，加入固化剂固化。
8. 根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，向海因环氧树脂水溶液 中加入陶瓷材料粉末，搅拌，超声分散，加入固化剂，在室温下，超声分散，然后每Ih升温 5-20°C，直至60-120°C，反应结束，将反应物离心清洗，在40-120°C真空干燥，破碎，得到海 因环氧树脂修饰后的陶瓷粉末；在偏氟乙烯树脂或偏氟乙烯共聚物树脂中加入相对树脂体 积分数5?65%的海因环氧树脂修饰后的陶瓷粉末，球磨分散，浇注成型，热压后得到复合 材料。
9. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，固化剂与海因环氧树脂的质量比为 1:20 ?1:4。
10. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，固化剂与海因环氧树脂的质量比为 1:20 ?1:8。
【文档编号】C08L27/20GK104312062SQ201410606390
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】张斗, 罗行, 陈超, 李志友, 周科朝 申请人:中南大学